Пиролизный котел своими руками без поддува. Пиролизный котел своими руками: инструкция по изготовлению

Твердотопливные котлы долгое время были единственным источником тепловой энергии в регионах, где не было газа. Электричество, к сожалению, было всегда дорого. Сегодня многое изменилось в подходе рационального и эффективного использования дров и угля.

Пиролизные отопительные котлы и печи – вот средство, которое помогает сэкономить топливо, сделать обслуживание системы отопления и, в частности самого котла, более удобным. Но этот вид оборудования очень дорог, поэтому многих потребителей интересует вопрос, а можно ли сделать пиролизный котел своими руками? Если вы хороший сварщик и неплохо читаете чертежи, то никаких проблем нет.

Что такое пиролиз?

Пиролиз иногда называют «сухой перегонкой». Все дело в том, что твердое топливо при невысоких температурах (плюс 200-800 °C) и небольшом количестве кислорода не горит, хотя и выделяет тепло. При таких условиях топливо тлеет, выделяя пиролизный газ. Остается лишь твердый остаток, который носит название древесный кокс.

Так вот пиролизный газ, если смешать его с необходимым количеством кислорода, образует горючую смесь, при сгорании которой выделяется огромное количество тепловой энергии. На этом принципе и работают пиролизные котлы и печи.

Твердый кокс, оставшийся после выделения горючего газа, не остается без дела. Он продолжает тлеть, прогорая до конца. Так что в итоге остается только небольшое количество золы.

Исходя из вышесказанного можно сделать заключение: для того чтобы котел работал по пиролизному принципу, необходимо в составе конструкции использовать две камеры сгорания. В первой будут тлеть дрова, во второй сгорать газ, обогащенный кислородом.

Для обогащения нужно будет продумать систему подающих свежий воздух каналов, соединенных со второй топкой. Добиться того, чтобы кислород естественным путем поступал в топку, будет сложно. Поэтому специалисты рекомендуют устанавливать в конструкцию котла небольшой вентилятор. Он может быть отводящим с установкой на дымоходе, или нагнетательным с установкой в начале канальной системы. Обязательно конструкция прибора оснащается зольником.

Сам процесс начинается с подбора чертежей. Если вы не инженер, а тем более не теплотехник, то не надо заниматься самодеятельностью. Чертежи вы найдете в свободном доступе в Интернете и спецлитературе.

Главное, подогнать конструкцию под необходимые требования системы отопления дома. Итак, чтобы сделать пиролизный котел своими руками, надо предварительно подготовиться.

Инструменты

Сначала собираем инструменты:

электросварочный аппарат;
болгарка;
молоток;
рулетка и карандаш;
дрель.

Подготавливаем материалы:

стальной лист толщиною 4 мм;
труба диаметром 100 мм;
труба 32, 50 мм;
прямоугольная труба 60х30 мм толщиной 2 мм;
вентилятор.

Если собирать самодельный пиролизный котел упрощенного типа, то его можно сделать из буржуйки. Только прибор этот будет не горизонтального типа, а вертикального, потому что оптимальный вариант конструкции – топка для сгорания пиролизного газа над топкой, где тлеют дрова. Таким образом, газ будет самотеком подниматься из первой камеры во вторую.

Поэтому из листового железа надо будет нарезать несколько прямоугольников, составляющих стенки корпуса. Плюс еще надо будет сделать несколько прямоугольных участков: для перегородки двух топок, для отсечения камер сгорания от отсека, где будет располагаться теплообменник. На одном из листов вырезаются два прямоугольных отверстия: верхнее – под дверцу топочной камеры, нижнее – под зольниковый отсек.

Из прямоугольной трубы необходимо нарезать два отрезка шириной, равной глубине котла. Обязательно из арматуры варится решетка (можно приобрести готовую). Изготавливается теплообменник из трубы 50 мм.

Конструкция устройства может быть змеевидной или в виде трубчатого радиатора с коллекторами.

В первую очередь свариваются между собой задняя стенка и две боковые, далее дно котла. Теперь необходимо установить теплообменник. Его можно крепить к одной из боковых стенок, например, к задней (оптимально).

Для крепления можно использовать кусочки арматуры, которые варятся одним концом к стене, другим – к трубам теплообменника. После чего устанавливается перегородка, закрывающая теплообменник.

Установка перегородки

Следующий этап – это установка перегородки между двумя камерами сгорания. Здесь два нюанса. Длина перегородки не должна равняться глубине топки. Она должна быть на 2-3 см меньше. Таким образом, создается зазор, через который пиролизный газ будет переходить с нижней камеры в верхнюю.

Перегородка должна устанавливаться с небольшим наклоном в сторону зазора. То есть, в нижней топочной камере должен образоваться небольших размеров конус с верхним углом у зазора. В принципе, можно обойтись и без конуса, установив чисто горизонтальную перегородку.

Приготовленные прямоугольные трубы используются для изготовления воздушных каналов. В них делаются дрелью и сверлом 10-12 мм через каждые 5 см отверстия с одного бока. Длина каналов равна длине перегородки между топками плюс ширина отсека, где расположен теплообменник. Один торец канала наглухо заваривается, при сборке он будет направлен в сторону лицевой стенки.

В перегородке теплообменника и задней стенке делаются два прямоугольных отверстия, которые по сечению равны внешнему сечению прямоугольных труб. Теперь устанавливаются каналы таким образом, чтобы их открытый торец смотрел из задней стенки котла. При этом отверстия в каналах смотрели внутрь топки. Профтрубы привариваются к стенкам верхней камеры сгорания.

А сзади к этим трубам привариваются точно такие же, только без перфорации, и устанавливаются они вертикально. Их длина определяется местом соединения с каналами сверху, а снизу – не доходя до низа котла на 10-15 см.

Именно в нижней части устанавливается герметичный металлический короб, в который монтируется вентилятор. По сути, короб будет выполнять функции воздушной сборной камеры. Сделать его можно из листов металла толщиною 2-3 мм. Его размеры определяются расстоянием между воздушными каналами, а высота в пределах 10-15 см.

Установка передней стенки

Самодельный пиролизный котел – это двухкамерная конструкция. Поэтому у лицевой стенки агрегата три дверцы: для зольника, для нижней камеры и для верхней.

Дверцы для верхней топки и для зольника – это небольшие лючки. В этом случае зольниковая дверца может служить воздушным отверстием для подачи кислорода в нижнюю камеру сгорания. А так как туда необходимо подавать небольшое количество свежего воздуха, то дверцу зольникового отсека можно сделать в виде заслонки.

Дверца для закладки топлива должна быть большой. И все дверцы необходимо обязательно герметизировать с помощью асбестовой ленты.

А если вам нет необходимости использовать отопительный котел? В таком случае обычная пиролизная печь своими руками собирается еще проще. В конструкцию агрегата не устанавливается теплообменник.

Срок эксплуатации

Обратите внимание, что конструкция, предложенная выше, это самый упрощенный вариант. Работать прибор будет надежно, но недолго – лет 5, не больше. Стенки котла прогорят быстро, потому что пиролизный газ сгорает при очень высоких температурах.

Чтобы продлить срок эксплуатации, необходимо верхнюю топку обложить шамотным кирпичом. Будет неплохо, если над ней соорудить воздушную камеру, через которую будут уходить угарные газы в дымоход.

Самодельный пиролизный котел надо уметь растапливать. Первые минут 10 надо, чтобы агрегат работал, как обычная дровяная печь. То есть, открыть дымоход полностью, открыть побольше дверцу зольника. Как только котел протопится, можно закрывать все заслонки и выставлять размеры их зазоров.

Обращайте внимание при этом на дым, который валит из дымохода. Если его нет или он идет в незначительных количествах, значит, ваш нагреватель был собран правильно.

Из всех видов отопительных установок, работающих на твердом топливе, наиболее эффективными считаются агрегаты, в которых при сжигании дров или угля происходит пиролиз. Это процесс дожигания газов, выделяющихся из дров или угля при их тлении, что позволяет передавать теплоносителю почти всю энергию сгорания топлива. Данный принцип использует схема пиролизного котла, в которой реализовано выделение горючего газа из топлива и его последующее сжигание.

Конструкция и компоновка элементов установки

В отличие от классических твердотопливных установок устройство пиролизных котлов длительного горения предусматривает две камеры сгорания вместо традиционной топки. В первой камере осуществляется медленное горение за счет недостаточного количества воздуха. При этом топливо начинает выделять так называемый пиролизный газ, перетекающий во вторичную камеру вместе с продуктами сгорания. Туда же подается достаточное количество воздуха, вследствие чего газ воспламеняется и сгорает, нагревая водяную рубашку агрегата.

Расположение двух камер может быть различным, поскольку отопительные котлы пиролизного типа могут работать как на естественной тяге дымохода, так и с помощью принудительной подачи воздуха вентилятором. В установках, использующих естественную тягу, вторичная камера расположена над первичной и воздух проходит через топливо снизу вверх. При искусственно создаваемой тяге главная топка, наоборот, находится над камерой дожига и поток воздуха направлен сверху вниз. Это отражают представленные ниже схемы устройства пиролизных котлов с различной компоновкой камер.

Способы подачи воздуха для горения

К высоте и диаметру дымохода предъявляются повышенные требования, когда схема подачи воздуха в пиролизном котле предполагает использование обычной тяги. Ее должно хватать на преодоление сопротивления газовоздушного тракта установки и дымоходной трубы, а также на создание разрежения в топке величиной 16-20 Па. Подобрать диаметр можно по выходному патрубку, а высота должна быть не менее 5-6 м.

Принудительная подача воздуха в обе камеры может осуществляться тремя способами:

Обычно схема пиролизного котла, предусматривает установку вентилятора в режиме нагнетания. Это объясняется тем, что обычный нагнетатель по стоимости доступнее чем дымосос, так как последний должен вытягивать отходящие газы с высокой температурой. По этой причине его конструктивные элементы стоят дороже.

Ведущие производители пиролизных котлов устанавливают на свои изделия дымососы на выходе продуктов горения. Причина – обеспечение безопасности для человека, открывшего дверцу топки в рабочем режиме. Дымосос создает разрежение, поэтому пламя не полыхнет через открытый проем человеку в лицо.

При большой мощности установки производителями применяются вентиляторы для котлов обоих типов, на входе и выходе газовоздушного тракта.

Для того, чтобы понять, как работает пиролизный котел, рекомендуем посмотреть следующее видео.

Изготовление пиролизного котла

Эффективность этого вида установок на дровах стала причиной их популярности у мастеров, которые могут изготавливать твердотопливные котлы пиролизного типа собственными силами из имеющихся материалов. Процесс этот достаточно трудоемкий и требующий навыков выполнения слесарных и сварочных работ, некоторого минимума инструментов и оборудования:

аппарат для электросварки;
угловая шлифовальная машина;
дрель электрическая;
набор слесарных инструментов.

Если имеются навыки, инструменты и большое желание, то можно изготовить агрегат, используя следующий чертеж пиролизного котла на естественной тяге:

1 – воздушный канал; 2 – дверца для загрузки топлива; 3 – дверца вторичной камеры; 4 – заслонка прямой тяги; 5 – первичная камера; 6 – верхняя крышка; 7 – входной канал для подачи воздуха; 8 – воздушная заслонка; 9 – патрубок для группы безопасности; 10 – вторичная камера дожигания; 11 – патрубок присоединения дымохода; 12 – форсунка; 13 – жаротрубный теплообменник.

Материалом для изготовления камер может служить жаропрочная легированная сталь, но это дорогой материал, поэтому мастера берут простую углеродистую сталь толщиной 5 мм. Для защиты ее от высокой температуры в нижней части топки выполняется футеровка пиролизного котла огнеупорным кирпичом. Им же нужно защитить днище вторичной камеры, куда направлен факел пламени. Для обшивки водяной рубашки применяется листовой металл толщиной 3 мм, его приваривают к ребрам жесткости из полосовой стали. Из такого же металла изготавливают дверцы, крышку и обрамление проемов.

Передачу тепла от дымовых газов устройство котла предусматривает через жаротрубный теплообменник, находящийся внутри водяной рубашки. Для его изготовления подойдут бесшовные стальные трубы из углеродистой стали наружным диаметров 48 или 57 мм. Количество труб следует подобрать по необходимой площади поверхности теплообмена, для чего выполняется расчет пиролизного котла.

Учитывая, что топливо в пиролизных агрегатах горит долго (до 12 часов) и продуктивно, некоторые владельцы классических установок прямого горения задумываются о том, можно ли их модернизировать. Такая переделка твердотопливного котла в пиролизный возможна, но при условии, что топка агрегата сделана из металла, а не чугуна. Колосниковая решетка убирается и с помощью электросварки на ее месте закрепляется перегородка, разделяющая главную топку и зольник, который будет выполнять роль вторичной камеры. Между ними устанавливается форсунка. Кроме этого, понадобится организовать подачу воздуха в обе камеры, надо изготовить воздушные каналы и установить их, как показано на чертеже.

Как правило, переделка котла в пиролизный происходит не на заводских агрегатах, а на самодельных, это расширяет возможности для усовершенствования конструкции. Можно менять проходное сечение форсунки, размеры обеих камер или площади поверхностного теплообмена, добиваясь наилучших показателей длительности горения и повышения КПД установки.

Расчет пиролизного котла

Расчет начинается с определения величины температурного напора, ºС:

Ƭ= (∆Т — ∆t) / ln (∆Т / ∆t)

В этой формуле:

∆Т – перепад температур продуктов сгорания перед теплообменником и после него;
∆t – разница между температурами в трубопроводах подачи и возврата теплоносителя.

Полученное значение Ƭ подставляют в формулу:

S = Q / k / Ƭ , где:

Q – расчетная мощность отопительной установки, Вт;
k – коэффициент теплопередачи, равен 30 Вт / м 2 ºС.

Укрупненный расчет мощности пиролизного котла (Q, кВт) выполняется исходя из площади здания. Ее значение нужно принимать по наружному обмеру дома, результат разделить на 10. Смысл этого действия в том, что на обогрев каждых 100 м 2 здания требуется ориентировочно 10 кВт тепловой энергии. Полученный результат – это расчетная мощность системы отопления, а источник тепла принимается с коэффициентом запаса. Он зависит от региона проживания и колеблется от 1,1 до 1,5.

Пусконаладочные работы

После того как сборка пиролизного котла завершена, нужно обязательно проверить герметичность сварных соединений. Водяная рубашка наполняется водой, затем в нее накачивается воздух, создавая избыточное давление. Некачественно сваренные швы дадут о себе знать протечками. Теперь можно производить испытания, лучше это делать на улице, подавая проточную воду из шланга. Если на агрегате установлена группа безопасности, то можно наполнить резервуар котла водой и проверить его работу при критическом давлении 2-2,5 Бар. Порядок испытаний следующий:

Присоединить временный дымоход, загрузить в камеру топливо и открыть заслонку прямой тяги.
Прекратить подачу проточной воды, предусмотрев для этого временный кран.
Произвести розжиг и запуск пиролизного котла. Как только дрова разгорятся, заслонку прямой тяги нужно прикрывать, чтобы начался процесс пиролиза.
Открыв дверцу вторичной камеры, убедиться в наличии факела пламени. Здесь требуется регулировка пиролизного котла, нужно добиться ровного и устойчивого факела, открывая или закрывая воздушную заслонку.
Закрыть дверцу и наблюдать за показаниями термометра и манометра. В закрытой водяной рубашке процесс парообразования может начаться при достижении давления 1,5 Бар, в это время надо внимательно отслеживать температуру.
Качественно сваренные пиролизные котлы отопления могут выдерживать давление до 3 Бар, но не стоит ставить рекорды. Достаточно, если предохранительный клапан, настроенный на давление 2 или 2,5 Бар начнет сбрасывать пар, тогда можно открывать кран и возобновлять циркуляцию воды. Заслонку подачи воздуха надо закрыть, чтобы топливо начало затухать.

Будьте осторожны, проводя такие испытания, есть опасность обвариться кипятком по неосторожности или при разрыве водяной рубашки.

Подключение котла к системе отопления

Последний этап – подключение пиролизного котла и выполнение его обвязки. Как и во всех твердотопливных установках, надо исключить образование конденсата на внутренних стенках топки во время разогрева. Это явление сокращает срок службы корпуса топки, поскольку конденсат содержит включения серы и будет вызывать интенсивную коррозию металла. По этой причине обвязка котла отопления должна быть выполнена по схеме, не допускающей попадание в рубашку холодной воды при разогреве.

Ниже приведена классическая схема подключения пиролизного котла к системе отопления с балансировочным вентилем между подающим и обратным трубопроводами.

Перемычка образует малый контур, в котором теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом. Приведенная на схеме обвязка пиролизного котла отопления позволяет воде циркулировать по малому контуру, прогреваясь вместе с агрегатом. Термостатический трехходовой клапан начнет подмешивать холодную воду из системы в тот момент, когда в малом контуре температура воды достигнет заданного значения, обычно это 45-50 ºС.

Рабочая температура в системе отопления лежит в пределах 60-80 ºС, поднимать ее выше приходится редко. Если при работе в этом диапазоне температур в вашем доме прохладно, то надо искать причину в самой системе. Увеличивать температуру не имеет смысла, это только увеличит расход дров в пиролизном котле.

Заключение

Пиролизные установки, сделанные своими руками, приобретают все большую востребованность. Причина – высокая стоимость котлов заводского изготовления, самодельные агрегаты часто оказываются единственной альтернативой. Единственный недостаток - топливо для пиролизных котлов должно иметь влажность не выше 25%, иначе процесс пиролиза будет слабым, что влияет на производительность установки.

Пиролизные котлы стремительно набирают популярность и выходят в лидеры на рынке отопительного оборудования. Такой агрегат можно топить прессованными опилками, деревянными поленьями и разнообразными отходами деревоперерабатывающей промышленности.

В основе работы котла лежит принцип максимально эффективного расхода топлива. Дополнительным преимуществом пиролизного котла является возможность сборки своими руками. Готовое оборудование фабричного производства стоит очень дорого. Самостоятельная же сборка обойдется на порядок дешевле.

Топочная камера такого агрегата делится на два отсека. Первый выполняет функции загрузочной камеры. В нем происходит пиролиз. Второй отсек представлен камерой сгорания, в которой догорают газообразные продукты, образующиеся по ходу пиролизации топлива. В отсек сгорания поступает вторичный воздух, благодаря чему удается достичь минимального забора тепла из загрузочного отдела и в целом повысить эффективность обогрева.

Рассмотренные выше камеры разделяются топливным колосником. Во время горения воздух движется через загруженное топливо сверху вниз. Такое верхнее дутье — одно из ключевых отличий рассматриваемого оборудования от других существующих отопительных агрегатов.

Топки котла конструируются так, что в них создается увеличенное аэродинамическое сопротивление. Непосредственно работа топок организована с использованием принудительной тяги. Для ее обеспечения применяется вентилятор либо водонасос.

Агрегат, как уже отмечалось, топится древесиной. Работа построена на принципах температурного разложения материала. Под воздействием ряда факторов топливо разлагается на газообразные продукты и древесный уголь. Эти процессы происходят в загрузочном отделе. Температура в камере поднимается до очень высоких значений, а кислород же, при этом, находится в дефиците. Подобные условия и лежат в основе рассматриваемой технологии.

Выделяющийся в процессе работы котла газ переходит во вторую камеру. Там он перемешивается с вторичным воздухом, а затем сгорает при достижении температуры порядка 1200 градусов. Газ отдает все тепло и выходит через дымоотводящую трубу уже остывшим, т.е. энергия расходуется максимально эффективно.

К числу важных отличий пиролизного оборудования от прочих существующих твердотопливных агрегатов относится и то, что в пиролизных котлах горит не только непосредственно топливо, но и выделяющийся газ.

В процессе работы котла образуется очень мало золы, что делает уход за оборудованием более простым и удобным.

Современные пиролизные котлы спокойно работают на одной загрузке топлива около суток, иногда даже дольше. Они имеют увеличенную в размерах загрузочную камеру. В целом коэффициент полезного действия такого оборудования заметно превосходит КПД других котлов.

Некоторые отходы современное отопительное оборудование способно утилизировать самостоятельно, что положительным образом сказывается на его экологичности. Однако при всех своих преимуществах пиролизные котлы имеют и определенные недостатки. Прежде всего, это довольно большие размеры и необходимость подключения к электросети при наличии автоматики.

Преимущества использования пиролизных котлов отопления

На современном рынке отопительного оборудования представлен огромнейший выбор твердотопливных агрегатов – от обыкновенных буржуек до полноценных теплоаккумулирую щих печей. Однако именно пиролизные котлы уверенно становятся все более востребованными, даже несмотря на их сравнительно высокую цену.

Рассматриваемое оборудование имеет множество преимуществ . Прежде всего, это максимально рациональный расход топлива и очень высокое тепловыделение.

К дополнительным преимуществам пиролизного котла нужно отнести практически полное сгорание топлива. Владельцу придется гораздо реже догружать дрова и чистить топку.

Пиролизные котлы поддерживают нужную температуру в течение гораздо более продолжительного времени по сравнению с другими твердотопливными агрегатами. Дополнительно пользователь может регулировать уровень мощности на свое усмотрение. К примеру, уходя из дома ее можно уменьшить, а по возвращению — увеличить. Это позволит обеспечить еще более рациональный расход топлива.

Руководство по изготовлению котла длительного горения

Первый этап – подготовка необходимых приспособлений. Лучше собрать все материалы и инструменты заранее, чтобы не отвлекаться на это в будущем.

Набор для изготовления самодельного пиролизного котла

Бочка. Подойдет металлическая емкость объемом в 200 л.
Швеллер.
Стальная труба. Сразу же разделите ее на 2 отрезка.
Молоток.
Отвес.
Уровень.
Измерительная рулетка.
Ножовка.
Топор.
Сварочный аппарат с набором электродов.
Листы стали.
Киянка.
Красный кирпич.
Смесь для укладки кирпича.
Отражатель. Не является обязательным элементом, но его наличие очень желательно.

Вооружитесь режущим инструментом, к примеру, болгаркой, и срежьте верхушку бочки.Делайте это аккуратно, отрезанная часть еще пригодится в будущем.При отсутствии бочки корпус котла можно изготовить из отрезка трубы. Только необходимо подобрать изделие соответствующего диаметра.

Если вы будете использовать именно трубу, приварите к ней круглое днище, предварительно вырезанное из стального листа. При желании днище можно сделать квадратным. Это даже более предпочтительный вариант, т.к. квадратная пластина обеспечит большую устойчивость котла.

Третий этап – подготовка основных внутренних элементов. Возьмите стальной лист и вырежьте из него круг, диаметр которого был бы немного меньше внутреннего диаметра трубы или бочки. В подготовленном круге нужно вырезать еще один круг диаметром порядка 100 мм. В это отверстие будет входить труба, поэтому ориентируйтесь на размеры имеющегося у вас изделия. На практике установлено, что именно 10-сантиметровая труба является самым оптимальным вариантом.

Приварите отрезок трубы к подготовленному вами ранее стальному «блину». На этом этапе вам понадобится сварочный аппарат.

Приварите к низу стального «блина» отрезки швеллера. Они должны проходить в корпус будущего котла безо всяких усилий. Эти швеллеры будут придавливать топливо во время работы оборудования. Длину трубы (той, которая имеет диаметр 10 см), подбирайте так, чтобы она была длиннее, чем бочка или основная труба примерно на 20 см.

Четвертый этап – подготовка крышки. Сделайте крышку котла из отрезанной в самом начале верхушки бочки. Крышку можно закрепить на петли либо же оставить без крепления.

Пятый этап – устройство топливника. Сделайте в корпусе отверстие для загрузки топлива. К подготовленному люку нужно приварить самодельную либо же предварительно купленную дверцу. Ниже отверстия топливника сделайте еще одно отверстие, через которое вы сможете удалять отходы горения. Разместите в емкости колосниковую решетку так, чтобы она делила бочку либо трубу на две вертикальные секции.

Подготовка фундамента и монтаж дымохода

Пиролизный котел требует наличия твердого основания. В целом агрегат имеет сравнительно небольшой вес, поэтому фундамент можно делать даже без заглубления. Достаточно выложить кирпичную площадку и залить ее строительным раствором.

Рассматриваемый котел обязательно должен быть оснащен дымоходом. Для его изготовления используйте трубу диаметром 150 мм. Длину этой трубы подбирайте так, чтобы она была немного больше длины корпуса. Сделайте в крышке котла отверстие подходящего диаметра и приварите к нему дымовую трубу. При необходимости дымоход можно изгибать. Максимально допустимый изгиб – 45 градусов.Труба выводится через крышу или стену. Старайтесь, чтобы дымоход имел как можно меньше изгибов.

Если котел устанавливается в комнате с маленькой площадью, его рекомендуется укомплектовать специальным отражателем. Благодаря этому элементу будет обеспечиваться максимально эффективное распределение тепловых потоков, что поспособствует созданию комфортных условий эксплуатации котла.

После установки следует обязательно испытать котел. Если все сделано правильно, он довольно быстро выйдет на требуемый режим, и в доме уже очень скоро начнет чувствоваться тепло.

Ранее отмечалось, что заводские агрегаты в большинстве своем требуют подключения к электросети. Самодельный же пиролизный котел независим от электричества.

Для более эффективного обогрева в камере сгорания газа можно приварить арматуру, которая будет аккумулировать дополнительное тепло, благодаря чему интенсивность отопления увеличится.

Требования противопожарной безопасности

При установке пиролизного котла нужно учитывать не только необходимость его размещения на твердом основании, но и требования противопожарной безопасности. Несоблюдение общепринятых рекомендаций способно привести не только к серьезным штрафным санкциям, но и к появлению прямой угрозы безопасности жильцов.
Для установки котла нужно выделить отдельную котельную. Непосредственно установка агрегата, как отмечалось, выполняется на индивидуальном фундаменте. Перед топочными камерами нужно уложить лист металла. Толщина этого элемента должна составлять порядка 2-3 мм. Котел нельзя устанавливать на расстоянии менее 20-30 см от стен, мебели и прочих предметов.
Котельное помещение стоит в обязательном порядке оснастить качественной вентиляцией. Отверстия для проветривания должны иметь площадь от 100 см2. Процесс горения требует постоянного притока свежего воздуха, поэтому вопросу вентилирования котельной следует уделить особое внимание.
Дымовую трубу следует утеплить. Для этого хорошо подойдет фольгированный минераловатный утеплитель. Без теплоизоляции на стенках дымохода начнет появляться конденсат и оседать деготь, что приведет к снижению срока службы дымоотводящей конструкции.

Таким образом, в самостоятельной сборке пиролизного котла нет ничего сложного. Следуйте инструкции, помните о полученных рекомендациях и все получится.

Удачной работы!

Видео – Пиролизный котел своими руками изготовление

К сожалению, процесс «газификации всея Руси» пока еще далек от завершения. Установка же в частном доме теплогенератора, работающего от электрической сети – вариант не из дешевых, учитывая существующие тарифы на эл/энергию и их бесконечный рост. Наверное, в основном по этой причине не падает популярность котлов твердотопливных, одной из разновидностей которых являются пиролизные модели (другое название – газогенераторные).

Как и из чего своими руками собрать пиролизный котёл для бытового использования своими руками – тема предлагаемой статьи-инструкции.

Принцип работы пиролизных котлов

Высокая эффективность, следовательно, экономичный расход топлива в подобных установках достигается разделением камеры сгорания на 2 отсека. Конструктивных исполнений пиролизных печей несколько. Например, такое.

Верхняя камера. В нее производится загрузка топлива и его горение. Особенность в том, что необходимо обеспечить недостаток кислорода. При таком условии замедляется процесс разложения продукта, а по сути, происходит лишь его обугливание (экономичность расходования!) и инициируется повышенное газообразование. Собственно, это и есть то, что называется пиролизом.

Нижняя камера. В нее поступают летучие вещества из 1-го отсека, которые за счет дополнительной подачи воздуха сгорают, выделяя тепло. Лишь незначительная часть его тратится на поддержание процесса пиролиза, а все остальное идет на нагрев теплоносителя.

Как это реализуется практически в такой модели, если газы по определению устремляются вверх? В пиролизных котлах обязательным конструктивным элементом является нагнетатель воздуха (дутьевой вентилятор, дымосос – названия встречаются разные, но суть одна).

Рисунок хорошо иллюстрирует основные рабочие циклы пиролизного котла.

В некоторых моделях камеры располагаются на одном уровне.

Собственно, дело не в инженерном решении, а в сборке установки, в которой можно реализовать пиролизный процесс, то есть обеспечить длительное горение топлива. А выбор конкретной схемы – на усмотрение мастера.

Особенности изготовления пиролизного котла

Материалы

Корпус пиролизного котла лучше делать из листовой стали (от 2 мм, в зависимости от расчетной мощности). Модели котлов, которые собираются из толстостенной трубы, вряд ли подходят для . В основном такими установками обогреваются различные подсобки, гаражи или времянки.

Более габаритные пиролизные котлы монтируются по образцу большинства теплогенераторов – прямоугольной формы. В некоторых случаях, если модель мощная, ее стенки (изнутри) целесообразно выложить шамотным кирпичом.

Размеры пиролизных котлов

Один из самых интересных и «таинственных» вопросов по данной теме. Все расчеты делаются применительно к конкретному дому, его отопительной системе, со всеми ее нюансами, схемами и так далее. Автор не будет приводить математических выкладок и просит поверить на слово. Проектирование пиролизного котла лучше поручить специалисту. Разработка документации стоит денег, но в любом случае это обойдется дешевле приобретения установки промышленного изготовления.

А если учесть, что ошибки в расчетах повлекут дополнительные расходы (и весьма ощутимые), связанные с разного рода переделками и модернизациями, то целесообразность именно такого решения более чем очевидна.

Основные инженерные решения

Специфика эксплуатации пиролизных котлов

Без знания некоторых нюансов использования такого оборудования приниматься за изготовление подобной модели теплогенератора не имеет смысла.

Довольно «жесткие» критерии влажности сжигаемого топлива. Например, для дров максимальное значение – 33±2%. С чем это связано? Повышение температуры инициирует испарение влаги, содержащейся в продукте. Естественно, пар начнет смешиваться с пиролизными газами и негативно влиять на интенсивность процесса горения. Применение влажного топлива резко снижает КПД установки.

Не все разновидности твердого топлива подходят для сжигания в пиролизных котлах. С учетом специфики их работы, можно использовать лишь материалы, характеризующиеся высоким газообразованием при сгорании. Недостаток летучих веществ сказывается на эффективности эксплуатации пиролизных моделей. Проще говоря, дров расходуется много, а толк минимальный.

Для отопления дома таким котлом целесообразно использовать сухую древесину и ее отходы, пеллеты, брикеты, уголь (но только бурый). Внесение отдельных конструктивных доработок в схему пиролизного котла позволяет топить коксом и некоторыми марками угля каменного (например, «Орех1»).

В заключение можно указать, что самая дешевая модель (причем небольшой мощности) стоит в пределах 48 000 рублей. В заключение можно указать, что самая дешевая модель (причем небольшой мощности) стоит в пределах 48 000 рублей. И еще не факт, что такой пиролизная установка полностью устроит хозяина. Например, габаритами в соответствие с выбранным местом для монтажа. Если подумать, то изготовление пиролизного котла своими руками, по индивидуальным чертежам – неплохое решение проблемы отопления частного дома, особенно если невозможно его подключение к магистрали газоснабжения.

Пиролизный котел – один и самых перспективных на ближайшую перспективу: его КПД может превышать 90%, топливо (преимущественно пеллеты) дешево и экологично, оно изготавливается из отходов растительной биомассы. Современные технологии позволяют производить пиролизные котлы, пригодные для установки в городской квартире, но устройство таких агрегатов (см. рис.) весьма сложно, а цена высока. Поэтому наличествует большой интерес к теме: можно ли и как сделать такой полезный отопительный прибор своими руками?

Зачем эта статья?

Пиролизный котел – не печка с водогрейкой. В нем закручен, в буквальном смысле слова, целый клубок сложных процессов. И разработка работоспособного котла – серьезнейшая инженерно-конструкторская задача, требующая солидных знаний, опыта, месяцев, если не лет, напряженного труда и немалых затрат на эксперименты и обкатку готовой конструкции. Векового опыта и проверенных поколениями технических решений, как для традиционных печей, тут нет.

Примечание: Информацию о более простых печах длительного горения, эффективность работы которых основана на пиролизе, можно найти .

Чертежи пиролизного котла в свободной раздаче если и найдутся, то лишь 2-3 общих вида плюс 3-4 разреза. Имея соответствующее образование, опыт работы и посидев месяц-другой в ACAD’e и CorelDraw, деталировку можно составить самому. Но спецификаций все равно нет, из какого материала делать ту или иную деталь, можно только догадываться, либо просчитывать весь агрегат заново.

Авторы конструкций за полный комплект техдокументации просят, как правило, не очень дорого . На кофе больше уйдет, если «доковыривать» самому. Но как по ознакомительным картинкам определить, будет ли оно работать вообще, насколько эффективно и подойдет ли мне, к моим конкретным условиям и требованиям?

Аналогичные вопросы возникают у тех, кто решил купить себе пиролизную печь или котел. Производители с продавцами предлагают их наперебой, по данным обследования и замеров на месте подберут подходящую модель. Но где гарантия, что у конкурентов не найдется дешевле, экономнее и надежнее? Обратите внимание на правую часть рисунка выше. Там разрезы топок двух моделей котла одной и той же фирмы, а внешний вид почти одинаков. Какая лучше подойдет вот для этого именно дома? С холодильниками-стиралками более-менее понятно, это бытовуха привычная, а котел как выбирать?

Так вот, данная статья как раз и предназначена для того, чтобы дать и неподготовленному читателю ясное представление: что же это такое – пирокотел, что там у него внутри находится, что происходит, как все взаимосвязано и взаимодействует, на что и как влияет конструкция каждого из составляющих агрегат узлов. И дать возможность со знанием дела выбрать или модель для покупки, или прототип для повторения, или еще подковавшись «по книжкам», взяться за самостоятельную разработку.

Примечание: понятие котел отопления означает, что водогрейный контур, во-первых, полнопоточный, т.е. котел выдает расход горячей воды, необходимый для непрерывной работы системы отопления. Во-вторых, водогрейный регистр – неотъемлемая часть конструкции. В , к примеру, можно встроить водогрейку, но только для ГВС, и с накопительным баком. А можно потом и убрать, печь как грела и варила-жарила, так греть-стряпать и будет. А из котла водогрейку не уберешь, без нее, или с пустым контуром, он без аварийной автоматики прогорит или взорвется. В-третьих, варочной поверхности в котле нет и быть не может, все тепло уходит на обогрев.

Пиролиз и газогенерация

Принцип работы пирокотла основан на явлении пиролиза – термического (при повышенной или высокой температуре) разложения веществ сложного химического состава без участия дополнительных реагентов. Попросту говоря, молекулы вещества от нагрева расщепляются на более простые и легкие части. Применительно к органике в топке это значит, что продукты пиролиза гореть будут легче, сгорать полнее и тепла дадут больше.

При чистом пиролизе распад закладки топлива происходит без доступа воздуха в специальном сосуде – реторте. Далее пиролизные газы собираются в накопитель – ресивер и по мере надобности используются. По такой схеме были построены немецкие, итальянские и французские пиролизные установки для автомобилей времен войны. Для нагрева реторты использовалось тепло выхлопных газов.

КПД чистого пиролиза не очень высок, т.к. при остывании пиролизных газов часть горючих компонент осаждается. Гореть они могут, но через карбюратор их не протолкнешь. Кроме того, перед выездом нужно было довольно долго греть реторту от постороннего источника, а в поездке не забывать поддавать газку, чтобы давление в ресивере не упало, иначе не заведешься после остановки.

У нас твердого топлива и сейчас в избытке, а тогда было вообще хоть завались, поэтому наши топливные автоагрегаты строились газогенераторными: в реактор загружались деревянные чурки, разжигались чем попало и тлели еле-еле. Тепло для пиролиза давала часть самого топлива, пиролизные газы поступали прямо в карбюратор, а при длительной стоянке просто стравливались в атмосферу.

Важным достоинством газогенераторных установок было то, что их можно было подтапливать на ходу и они работали на любом виде твердого топлива. Автору известен случай, когда водитель полуторки с едва уже дышащим газогенератором (его родной дядя) на прифронтовой дороге попал под обстрел «мессера». В реактор тут же полетели валенки, ватник, ватные штаны, ушанка. Взбодрившийся движок опять потянул как следует, и водила с машиной спаслись. На хохот однополчан водила отвечал по-солдатски философски: «Жить захочешь – и … туда сунешь!»

Современные бытовые пиролизные котлы все без исключения газогенераторные. Иначе получить КПД выше 65-70% не получается. Но название «пиролизные» отнюдь не ошибочно: более 90% вырабатываемого тепла дает сгорание пиролизных газов. Поэтому далее в тексте выражения «пиролизный» и «газогенераторный» употребляются как синонимы, кроме случаев, когда иное специально оговорено.

Примечание: по умолчанию пиролизным считается также любой котел длительного горения на твердом топливе; там большую часть тепла дает также пиролиз. В масляных приборах длительного горения ( или темном печном топливе, к примеру) более половины тепла дает сгорание испарившихся легких фракций, а самые тяжелые, тоже пригодные для пиролиза, оседают в шлам на дне резервуара. Поэтому считать масляные печки пиролизными можно только с большой натяжкой.

Как устроены пирокотлы?

На рис. показано устройство пиролизных котлов самых употребительных типов. Две верхних позиции – котлы с принудительной циркуляцией в рабочем (воздушно-газо-дымовом) тракте, т.е. с принудительной тягой. Две нижние – пиролизные котлы на естественной тяге. Разберемся вначале, что у них у всех общего, а затем перейдем к частностям.

О терминологии

У печников свой язык. Хайло, к примеру, не грубое ругательство, а устье топки специальной конструкции. На рисунках боров – горизонтальная часть дымохода. Шиберы – дроссельные заслонки, регулирующие поток воздуха/газов. Иногда для определенности воздушный дроссель так и оставляют дросселем, а шибером называют его же в газоходе/дымоходе. Применительно к пиролизным котлам газоход и дымоход различают: в дымоходе все уже прогорело до углекислого газа и воды, но еще горячее. В газоходе еще идут термохимические реакции.

Примечание: в других источниках вам может встретиться название «творило». В печном деле это не мешалка-колотушка для теста, а просто-напросто дверца с задвижкой. Вспомните: отворять, затворить. Еще у печников ход печи – это ее рабочий цикл или режим горения в ней. Т.е. двух- или многоходовая печь на самом деле двух- или многорежимная.

Общее

Общий у всех пирокотлов рабочий цикл; любой пиролизный котел работает следующим образом:

Первичный наружный воздух поступает в камеру газификации, где тлеет топливо.
Небольшая часть его кислорода расходуется на поддержание тления, обеспечивающего температуру газификации в 200-800 градусов.
Пиролизные газы поступают через сопло (иногда его по-печному называют хайлом, хотя работает оно совсем не так, как хайло печи) в камеру сгорания.
В нее же поступает вторичный воздух, и пиролизные газы горят.
Некоторая часть пиролизных газов при наличии катализатора – частиц свободного углерода из топлива – восстанавливается до угарного газа и окислов азота, на что расходуется тепло.
Восстановленные компоненты окисляются в камере дожигания, отдавая обратно тепло.
Прореагировавшие дымовые газы проходят через теплообменник водогрейного регистра, а затем уходят в дымоход.
Система терморегулирования поддерживает в камере сгорания оптимальную для полного сгорания температуру.

Примечание: не вполне забывшим химию из этого ясно – отбор тепла на этапах газификации, сгорания и догорания неизбежно резко ухудшит КПД установки и даст на выходе вредные и опасные газы. В пирокотле непрерывно крутится огромное количество тепловой энергии, и нам доступно только то, что уже не нужно для самоподдержки рабочего цикла. Самодельный пиролизный котел должен проектироваться с полным знанием и пониманием этого обстоятельства, иначе получится очень плохая и опасная печь. Если где-то увидите чертежи в теплообменником в газификаторе, камере сгорания или дожигателе – в игнор без разглядывания.

Общие для пирокотлов также режимы работы. Их всего три, см. рис.

Розжиг. Заслонка (дроссель, шибер) прямого хода открыта. Дымовые газы уходят прямо в дымоход – слева на рис.
Рабочий режим, в центре. Заслонка прямого хода закрыта, идет пиролиз. Тяга в газоходе обеспечивается либо принудительно, либо естественным образом.
Догрузка топлива, справа. Заслонка прямого хода открыта, но тяга в газооходе сохраняется некоторое время: он разогрет, и вентилятор, если он есть, не выключается. Пиролиз не прекращается. Догрузку нужно производить быстро – кроме того, что цена топлива вылетает в трубу, может пойти угар.

И, наконец, общими для бытовых пирокотлов является также привередливость к топливу и материалам конструкции:

Из термохимии процессов в пирокотлах следует еще один их недостаток: небольшие пределы регулировки мощности при условии сохранения высокого КПД. Форсировать котел по теплу более чем на 50% не выйдет – топливо в газификаторе вспыхнет, и КПД упадет. И снизить ее более чем вдвое тоже не получится: пиролиз затухнет, КПД опять упадет, пойдет угар. Но в средних широтах тепловая мощность систем отопления по сезону должна меняться в 10-15 раз. Так что системы отопления на пирокотлах нужно проектировать в расчете на циклический режим прогрева, и крайне желательно при этом хорошенько утеплиться снаружи ЭППС. Пиролизный котел – детище века энергосберегающих технологий, в избе с земляным полом от него толку не будет.

О материалах

Самодельщику и покупателю нужно знать, что газификатор, камеры сгорания и дожигатель без жаростойкой футеровки долго не протянут. К примеру, на широко рекламируемые и, действительно, очень дешевые котлы на естественной тяге (см. далее) «Буржуй» имеется множество нареканий: за один-два отопительных сезона под камеры сгорания прогорает, литые из чугуна колосники корежатся.

Дешевизна «Буржуя» как раз и объясняется тем, что он не футерован. А состав и технология нанесения футеровки – главный секрет любой котлостроительной фирмы. И немалая доля стоимости готового изделия.

О топливе

Предпочтительные виды твердого топлива для пирокотлов – топливные пеллеты (именно под них проектируются промышленные модели) или дрова. Пиролизный котел на угле с высоким КПД проработает, пока не выйдут все летучие, их же в каменном угле не так-то много, а в древесном почти нет. Затем пойдет простое горение углерода с печным КПД. Высокоэффективный котел длительного горения на угле должен строиться на комбинированном рабочем цикле (на совмещенном ходу), при котором закладка топлива тлеет с поверхности, пиролизный цикл совмещен с горением и происходит непосредственно на гранулах топлива.

Примечание: влажность воздушно-сухой древесины может доходить до 50% Воздушно-сухая значит, что сушилась она на открытом воздухе под навесом; попросту говоря – в поленнице. Пеллеты в заводской упаковке при длительном хранении в неотапливаемом помещении могут натянуть в себя до 30% влаги. И то, и другое для пирокотла слишком много. Довести влажность очередной закладки топлива до комнатно-сухой (8-12%) можно, использовав остаточное тепло борова. Для этого над ним оборудуют самодельную сушилку для дежурной (следующей) закладки, см. рис. По расходам на отопление сразу чувствуется. В приятную сторону.

Здесь же необходимо сказать о пиролизном масле. Оно вовсе не топливо для пиролизных котлов. Пиролизное масло – продукт чистого пиролиза отходов деревообработки: кратковременного, 5-30 с, нагрева в герметичной реторте примерно до 800 градусов. Фактически, это разжиженный древесный деготь.

Теплотворная способность пиролизного масла высока, около 40 000 кДж/кг, а зольность невелика, примерно 0,2-0,3% Стоит оно дешево. Но обводненность – более 0,5%, что для жидкого топлива плохо. И содержание серы более 1%; для бытового топлива это вообще недопустимо. Кроме того, пиромасло имеет довольно сильную кислую реакцию, т.е. разъедает и металлы, и футеровку. Поэтому сжигают его только в промышленных установках с помощью горелок особой конструкции специально под него. Вот тут замена мазута М100 пиромаслом дает до 20% экономии. Но – не дома в бытовом котле.

“Принудительные” котлы

Наддув

На рис. со схемами котлов вверху слева – котел с наддувом: вентилятор нагнетает наружный воздух в газификатор, и вторичный воздух подается в камеру сгорания тоже не снаружи, а от внутренней воздушной магистрали. Давление во всем рабочем тракте выше атмосферного. Преимущества схемы в наддувом:

Вентилятор – обычной конструкции, хоть компьютерный.
Камера сгорания может быть совмещена с дожигателем, как на схеме, т.к. всегда можно обеспечить избыток воздуха в ней в любом объеме.
При использовании жаропрочных спецсталей можно обойтись без футеровки, т.к. температура более 1000 градусов сосредоточена в области около сопла, а у стен – 800-900 градусов.

Но эти же достоинства не позволяют получить КПД более 82-84%. Почему? Возьмите обычный кухонный дуршлаг, переверните его и подставьте под струю воды. Через сито пройдет только ее часть, а довольно много просто скатится по выпуклой сетке – в природе все стремится уйти по пути наименьшего сопротивления. Пустим воду сильнее – через сито протекает столько же, а большая часть стекает с края.

Воздух под давлением также, во-первых, частично просто обтекает закладку топлива, а нутро ее, где самый пиролиз, получает кислорода недостаточно, причем усиливать наддув бесполезно, см. пред. абзац. Во-вторых, в камере сгорания из-за этого же оказывается воздуха не то чтобы чересчур, но многовато. Температура в самой сердцевине факела не превышает 1100 градусов, и самые тяжелые продукты пиролиза не сгорают, а улетают в трубу. Их немного, но КПД 90% и более уже не добьешься.

Чем больше тепловая мощность и, соответственно, размеры котла, тем, по закону квадрата-куба, сильнее падает КПД. Кроме того, если терморегулятор косвенного типа, по температуре воды на подаче, вся система при тепловой мощности более 30-35 кВт теряет устойчивость и может пойти враскачку. Режим сгорания, особенно на слишком влажном топливе, становится пульсирующим, что опасно, и КПД резко падает. Это резко ограничивает применение в котлах такого типа простой энергонезависимой автоматики на биметалле с механикой, см. далее. На мощность более 30 кВт приходится ставить еще и датчик в камере сгорания, дорогую термопару с платиной, и управляющий процессор. Погас свет – погас котел.

Внимание!

Особо нужно сказать об опасности угара от котла с наддувом. Во-первых, раз давление в тракте выше атмосферного, малейшая трещина даст утечку пиролизных газов в помещение. Они не всегда имеют запах, но всегда ядовиты и едки.

Во-вторых, закрытая заслонка прямого хода должна блокировать от открывания загрузочный люк, а после открывания ЗПХ блокировка должна отключаться с выдержкой времени 1-3 мин. Иначе открывшему дверцу для подгрузки топлива в лицо пыхнет теми же пиролизными газами. Т.е., и здесь необходимы электроника и термостойкая электромеханика.

Откачка

Справа вверху – котел пиролизного горения с дымососом. Давление в тракте, соответственно, ниже атмосферного. Разница с наддувом принципиальная, и понять ее поможет тот же дуршлаг под краном, но уже повернутый как надо, чашей вверх. Теперь воде деваться некуда, кроме как в отверстия сита. Откроем еще кран – уровень воды в чаше повысился, давление поднялось, через сито протискивается больше. Имеем саморегулирующуюся систему.

В котлах с дымососом закладка топлива хорошо продувается: куда воздуху труднее проникнуть, там и давление будет ниже, а тяга туда сильнее. Пиролиз идет «аж бегом». Вторичный воздух можно брать снаружи: его давление больше, чем в камере сгорания. Поэтому он, стремясь расшириться, взвихривается (тут работает сила Кориолиса), отлично перемешивается в пиролизными газами и они сгорают, развивая температуру до 1200 и более градусов.

Одно только это (вспомним формулу Карно) даст повышение КПД. Еще его повысит более полное, вследствие высокой температуры, сгорание тяжелых фракций. И появляется возможность сделать «дубовый», только на механике, терморегулятор.

В его основе – термобиметаллическая пластина в водогрейном контуре. При колебаниях температуры она изгибается. От нее идет тяга к дросселю, подпускающему в дымоход наружный воздух. Перегрелась вода – заслонка приоткрылась, мотор крутит, как и прежде, прямо от сети или UPS, но наружный воздух, с более высоким давлением, оттолкнет часть дымовых газов. Давление в газификаторе и камере сгорания повысится, наружного воздуха туда поступит меньше, и пиролиз со сгоранием поутихнут точно в такт.

КПД котлов с дымососом может превышать 90%, а мощность при 100% безопасности и надежности – 100-150 кВт. Но, во-первых, вследствие высокой температуры заметным становится каталитическое восстановление, поэтому без дожигателя никак не обойтись. И весь огневой тракт должен быть основательно отфутерован, во-вторых. В-третьих, дымосос – не вентилятор. Он должен работать при высокой температуре в химически агрессивной среде.

Отставить – внимание!

Догрузку топлива в котел с дымососом можно производить безо всяких предосторожностей. Дверцу загрузочного люка и ЗПХ можно открывать-закрывать в любой последовательности. В худшем случае, вонью шибанет, но не раскаленным ядом.

Теперь, если даже забыть открыть ЗПХ при загрузке, ничего страшного не произойдет: дымосос все равно вытянет пиролизные газы. Нужно только не забыть захлопнуть люк: через 3-4 мин такого режима пиролиз прекратится, и котел нужно будет снова разжигать.

В целом преимущества отопительных котлов с дымососом настолько велики, что большинство промышленных моделей выполняются по этой схеме. Конкурируют с ними на мощностях до 40 кВт только котлы на естественной тяге. К ним мы обратимся ниже, но прежде следует поговорить об электропитании принудительных.

Электричество и UPS

Котлы с принудительной тягой требуют электропитания. Последствия его отключения могут быть двоякими. Если естественная тяга хорошая (вертикальная часть дымохода не менее 5 м), то пиролиз перейдет в пламенное горение и котел будет греть как плохая печка. Если же естественная тяга слабая (а экономия на дымоходе позволяет компенсировать значительную часть стоимости котла), то закладка топлива через несколько минут потухнет. Но перед этим даст много угара, который неизбежно просочится в комнату. Возможно, ночью, когда все спят.

Поэтому для котлов с принудительной тягой необходим источник бесперебойного электропитания – UPS. В заводских моделях он встроенный (обязательно проверьте по техописанию перед покупкой, действительно ли?) Мастеру, решившему сделать пиролизный котел самостоятельно, нужно правильно выбрать компьютерный UPS; специализированный в разы дороже и ничуть не лучше.

«Навороченный» комп с развитой периферией потребляет что-то около 300 Вт. На хорошем UPS он протянет без сети примерно час. За это время можно, к примеру, закончить рендеринг в 3D, сохраниться на диск, отправить файл заказчику, сделать контрольную копию на DVD и распечатку. Но, если заглянуть в спцификацию UPS, там будет обозначено: «Паспортная мощность – 1 кВт». Однако киловаттный утюг от него час не погладит. Он посадит такой UPS за минуту, да еще и аккумулятор с электроникой испортить может. Почему так?

Замерим ток потребления, когда сеть появится и UPS станет на заряд. Он окажется около 4,5 А, что как раз и даст 1 кВт. И полностью посаженный аккумулятор UPS «накачается» всего за 20 мин, т.е. за 1/3 часа. Дело в том, что номинальное количество циклов заряд-разряд аккумулятора обеспечивается при соотношении времени заряда/разряда как раз 1:3. «Акумыч», рассчитанный на 10-часовой разряд (в компьютерных UPS – на часовой) нужно потом заряжать таким током, чтобы полностью «накачать» его за 3 часа. Больше или меньше – количество рабочих циклов сокращается, а стоит аккумулятор для UPS недешево.

Поэтому выбирать UPS для котла по паспортной мощности нужно с трехкратным запасом. К примеру, вентилятор дымососа – 100 Вт. Считаем за 300. Держать мотор UPS должен до полного сгорания закладки топлива; допустим, 10 час. Тогда компьютерный UPS нужен на 3 кВт. В специализированном аккумулятор рассчитан на 10-24 час разряда; такие дешевле сами по себе. Но сам UPS все равно будет раза в полтора дороже компьютерного на 3 кВт. Это, скажем прямо, деньги «за звездочку».

Примечание: отключать звуковую сигнализацию UPS не нужно. Противно, особенно сквозь сон, но безопаснее будет.

Естественные

Пиролизные котлы на естественной тяге предпочтительнее принудительных на мощностях до 25-30 кВт. Они, естественно, дешевле, а проигрыш по КПД в 5-10 процентных пунктов по расходам на отопление при таких мощностях почти не чувствуется, но зато не требуется электропитание. Только нужен дымоход с хорошей тягой, высотой не менее 5-6 м. Если планируется установка котла взамен старой голландки или утермарковки, то котел на естественной тяге – оптимальный вариант.

Однако и здесь нужен выбор из двух различных типов. Первый (слева внизу на рис. со схемами котлов) – с раздельной подачей первичного и вторичного воздуха. Второй (там же справа) – с единым воздушным потоком.

Раздельная подача

Котел с раздельной подачей воздуха кое в чем похож на принудительный в наддувом: интенсивность пиролиза не максимальная, температура в камере сгорания – до 1000 градусов, поэтому можно обойтись спецсталями без футеровки. Камера сгорания совмещена с дожигателем. В целом конструкция проста; КПД – до 80%, но причина уже другая.

Без автоматики, отслеживающей и регулирующей подачу воздуха, оптимальное соотношение подачи первичного и вторичного воздуха достигается только где-то посередине всего времени выделения летучих компонент из топливной массы. Такой автоматикой снабжаются серийные модели; заодно она держит наилучшее соотношение первичного и вторичного воздушных потоков не только по мере выгорания, но и в зависимости от свойств загруженного топлива, поэтому автоматизированные котлы с раздельной подачей воздуха всеядны, а КПД их доходит до 86%. Отключение автоматики вследствие пропадания сети или ее поломки не страшно, просто КПД упадет до 70-75%, а котел можно эксплуатировать без ограничений до ремонта.

Один поток

Котел с единым воздушным потоком сложнее: камера сгорания и дожигатель разделены, нужна качественная футеровка. Так нужно, потому что воздух на пиролиз и сгорание распределяются в пиролизной камере естественным образом: топливная масса берет себе, сколько нужно для пиролиза, а остальное проскакивает мимо нее в камеру сгорания. На расчетном сорте топлива однопоточные котлы дают КПД до 87%

Котел на одном потоке требует точного расчета и/или долгой доводки опытного образца. Он критичен не только к параметрам данной закладки топлива, но и к его сорту. Однопоточные котлы чаще всего рассчитываются на пеллеты, но, для удаленных местностей с «никакой» торговой инфраструктурой и ненадежным электропитанием некоторые производители делают и дровяные котлы.

Самодельную конструкцию можно сделать двух- или многотопливной. Для этого нижнюю плиту футеровки нужно сделать сменной, с разными наборами отверстий для первичного воздуха и соплами для вторичного. Но каких трудов будет стоить ее доводка до КПД хотя бы в 80% – на ночь глядя лучше не думать.

Двухконтурные

Отопление без ГВС – нонсенс. Котлы промышленного выпуска, за редчайшими исключениями – двухконтурные. Проектируя же самодельный пиролизный двухконтурный котел, нужно, во-первых, решить, будет ли контур ГВС полнопоточным или с накопителем, во-вторых, циркуляция в ГВС будет принудительной или термосифонной, в третьих, куда засунуть змеевик-теплообменник.

Первая задача однозначно решается в пользу накопительной системы. И дело не только в том, что тратить топливо, которое денег стоит, на непрерывный подогрев воды, которой пользуются нерегулярно, неразумно. Скорее, дело в том, что воду в полнопоточной домашней ГВС уберечь от вскипания без сложной и дорогостоящей автоматики невозможно. А вскипание ГВС большого объема – серьезная авария с риском для жизни.

Вторая задача также однозначно решается в пользу термосифонно-накопительной системы. Циркуляционный насос требует электропитания. Нет сети – нет горячей воды в кране, и змеевик может закипеть. Это уже не грозит тотальным ошпариванием, но котел чинить придется, что дорого.

Третья задача решается просто: змеевик устанавливают в отопительный контур там, где температура теплоносителя в нем составляет 80-90 градусов. Это выход подачи (справа внизу на рис. со схемами котлов). Так абсолютно исключается вскипание. Но в таком случае система должна быть не сливной, т.е. заполнена антифризом и с закрытым (мембранным) расширительным баком. По эксплуатационным расходам такая дешевле водяной, но ее монтаж и начальная заправка гораздо дороже.

Второй вариант показан на рис. Здесь теплообмеенник ГВС установлен в глухом отсеке между верхом пиролизной камеры и противоточного дожигателя. Вскипание не исключено, поэтому накопитель ГВС должен быть большого объема, от 5 л на киловатт общей тепловой мощности. В таком случае вскипание воды в змеевике обойдется противным бурчанием бака ГВС и паром из его горловины, которая непременно должна быть с дренажным отверстием.

О теплообменниках

Есть две системы теплообменных регистров водогрейных котлов: огнетрубная и водотрубная. В огнетрубной системе дымогарная труба (трубы) проходит прямо сквозь водяной бак. Технологически это проще, поэтому самодельные пиролизные печки с водогрейкой часто делают по огнетрубной схеме, и это плохо.

Для эффективного нагрева воды, и высокого КПД котла, разность температур между газами в трубе и теплоносителем должна быть как можно больше. Если не нужно давление в системе выше атмосферного, то при воде в 90 градусов внутри трубы должно быть не меньше 600. Вывод? Быстро прогорит. Моряки, которым в паросиловых установках нужно не менее 4-5 ати, от огнетрубных котлов отказались еще в конце XIX в.

Водотрубный регистр сделать сложнее: нужны как минимум два бака-накопителя, на подачу и обратку, в которые нужно вварить тесный пучок из многих труб, чтобы дымовые газы как следует запутались в этом лабиринте и хорошо отдали тепло, прежде чем вылетят в трубу. Но теперь необходимый для хорошего теплообмена высокий температурный градиент работает на нас: в паровозном котле на 13 ати внешняя, контактирующая с дымовыми газами, поверхность водяных трубок нагрета всего до 400 градусов. А в бытовом отопительном без избыточного давления хватит и 200, чтобы можно было говорить о КПД более 80%. Вывод? Можно применять обычную конструкционную сталь.

О камерах и соплах

Существенно снижают КПД котлов углы с газификаторе и камере сгорания, именно по углам тепло очень любит удирать без пользы. Вспомните – неотапливаемое помещение обмерзает прежде всего по углам. Поэтому газификатор, камеру сгорания, а лучше всего и дожигатель, нужно делать покруглее. Промышленные котлы большой мощности все целиком выполняют округлыми, см. рис.

Под газификатора в котлах с принудительной тягой нужен сужающийся, чтобы закладка топлива постепенно оседала туда, а зона пиролиза оставалась на месте. В котлах на естественной тяге под плоский с колосниковой решеткой и зона пиролиза плавающая, это одна из причин, почему их КПД ниже.

Теоретически идеальная конфигурация поперечного сечения сопла – круг. Но такое сопло склонно к засорению золой, а частая прочистка не идет на пользу футеровке. Поэтому сопло выполняют в виде продольной щели; от КПД это отнимает всего 1-3 процентных пункта.

О печах из баллона

Округлость емкости для бытового сжиженного газа побуждает к мысли сделать из газового баллона пиролизную печь или котел. Ведь самодельщику очень сложно изготовить округлое изделие из листового металла толщиной не менее 5-6 мм, что необходимо для огневых частей. А толщина стенок баллона вроде подходящая.

К сожалению, не выйдет. Баллоны для бытового газа изготавливаются из обычной конструкционной стали, не обладающей ни жаропрочностью, ни химической стойкостью даже при комнатной температуре. Единственно, для чего корпус баллона пригоден – топливный резервуар для масляной печи на отработке.

Но баллон для пиролизного котла все-таки может пригодится, а именно – как накопитель горячей воды для дачной или банной ГВС. Его небольшой объем в данном случае на руку – быстро нагреется, и на двоих-троих хватит, чтобы ополоснуться под душем после дня полевых работ. А округлая форма хорошо удержит тепло при самой примитивной теплоизоляции.

Пиролиз в кирпиче

Пиролизная с водотрубным теплообменным регистром показана в разрезе на рис. Мелкие зелененькие стрелки – подача первичного и вторичного воздуха по воздушным магистралям из стальных труб с мелкими отверстиями, но наддув и дымосос не нужны; воздух и туда, и туда берется наружный. Кирпичная пиролизная печь дает КПД до 90% на естественной тяге.

Достигается это за счет большой тепловой инерции кирпичной кладки. Оптимальная температура как газификации (боковые камеры), так и сгорания (камера сгорания – посередине) поддерживаются независимо от случайных колебаний интенсивности термохимических процессов. Та же тепловая инерция кирпича-теплоаккумулятора позволяет печи самой подстраиваться под конкретное топливо. Поэтому не нужен и дожигатель.

Кроме того, двухкамерная печь еще и «двуядная»: в камеры можно закладывать разные сорта топлива. Закладки будут сгорать с разной скоростью, только и всего. Или можно одно и то же топливо загружать в обе камеры со сдвигом по времени; тогда печь точно никогда не выстудится. Наконец, прогрев печь, можно давать закладку на 1/5 часть мощности, а форсировать по теплу можно вдвое и более, что дает необходимый диапазон регулирования мощности без автоматики и электропитания.

Наверное, таких замечательных печей можно построить много, а производители котлов только давят рекламой? Вовсе нет. Инженерной методики расчета кирпичных пиролизных печей разработать пока не удается. Каждая – плод раздумий, трудов или просто удачи мастера-печника, умеющего сложить пиролизную печь. Стоимость готового прибора – соответствующая.

Самодельщикам можно дать только самые общие рекомендации:

Кладка огневой части – только из шамотного кирпича; на рисунке выделено светлым.
Полная перевязка швов как в каждом ряду, так и между рядами.
Половинки и трехчетверки – только готовые, с равномерно обожженной со всех сторон поверхностью; сердцевина каждого кирпича должна оставаться внутри.
Швы в однородной кладке – 3 мм; между шамотом и красным кирпичом и любым кирпичом и сталью – 6 мм.
– глиняный средней жирности и текучести (сметанообразный); глина и песок – 1:1.
Песок – чистый белый кварцевый просеянный и прокаленный, горный, карьерный или овражный, с угловатыми или шероховатыми гранулами. Окатанный речной песок не годится.

Возникают эти ограничения из-за опасности образования микротрещин, незаметно выпускающих в помещение угар и пиролизные газы. А склонность печи к микротрещиноватости обусловлена большими тепловыми напряжениями в ее теле. К примеру, округлый речной песок будет сцепляться с глиной на порядок хуже, чем шершавый. Уширение швов кладки ради упрощения порядовки даст концентрацию тепловых напряжений на них, и – те же трещины, и т.п.

Напоследок – печь 007!

«Суперпечка» не согревает граммом угля новорусский особняк. Она изготовлена на скорую руку из консервных банок разного диаметра, вставленных одна в другую, см. рис. Отверстия не обязательно должны быть круглыми и расположенными равномерно по высоте и окружности; их можно просто пробить лезвием ножа. В верхние отверстия во внутренней банке затягивается воздух, в котором хорошо догорают отходящие от тлеющей топливной закладки пиролизные газы, так что печка эта с полным правом пиролизная.

Охотники, рыболовы, туристы, бойцы, прошедшие курс выживания, давно знают эту конструкцию как печку-щепочницу. Широким кругам она стала известна как «печка Бонда», когда агент 007 в какой-то из серий бондианы с ее помощью спас жизнь себе и хорошей героине.

Кто там тогда бондил, Шон Коннери, Питер О’Тул, Пирс Броснан или кто-то еще, не упомнишь уже. Но щепочница (в которой, кстати, хорошо горят также веревки и тряпье) реально спасла жизнь многим и многим: на ней можно обогреть двухместную палатку или шалаш, а заодно сварить кашку из концентрата или ушицу.

Так что пиролиз – удел не только сложнейших агрегатов, разработанных и сделанных с применением высоких технологий. Он и просто так может выручить, имейте в виду.